1000 MW超超临界发电机组SCR脱硝系统性能测试试验

张 岩，吴永存

(1.浙江省电力试验研究院环保化学所，浙江杭州 310014;2.浙江国华浙能发电有限公司，浙江宁波 315612)

1000 MW超超临界发电机组SCR脱硝系统性能测试试验

张 岩1，吴永存2

(1.浙江省电力试验研究院环保化学所，浙江杭州 310014;2.浙江国华浙能发电有限公司，浙江宁波 315612)

0 引言

NOx是大气主要污染物之一，也是造成光化学烟雾和酸雨的主要原因［1］。随着我国火电建设步伐的加快，单机容量1000MW超超临界机组越来越多。SCR脱硝技术工艺成熟，是目前国内外应用最为广泛的烟气脱硝技术［2］。本文以浙江国华浙能发电公司5号机组烟气脱硝装置性能测试试验为实例，对1000MW超超临界发电机组SCR脱硝性能测试进行介绍，对测试结果进行了分析和评价，对试验中应注意的问题进行了说明。

1 SCR脱硝系统概况

国华浙能发电公司5号机组采用SCR烟气脱硝工艺，在BMCR工况下，设计SCR系统入口NOx质量浓度为450mg/m3，脱硝效率为80%。单反应器布置方式，SCR按1+2层考虑，初始催化剂的装设量为保证脱硝效率不低于50%。

2 SCR性能测试要求

2.1 性能保证值

国华浙能发电公司5号机组配套SCR烟气脱硝系统性能保证值如表1所示。

SCR脱硝性能测试中氨逃逸量及SO2/SO3转化率指标测量较为复杂。SO2在催化剂作用下被氧化成SO3，SO3与烟气中NH3反应生成硫酸氢铵及硫酸铵。硫酸盐具强粘性，易富集在催化剂及空预器表面，导致催化剂中毒及空预器堵塞［3－5］。

2.2 测试试验工况

根据性能保证值要求，脱硝效率、脱硝系统总压损、氨逃逸量和氨耗量均要求在锅炉100%BMCR条件下进行测试。

表1 SCR烟气脱硝系统性能保证值

2.3 试验测点布置

根据性能测试相关规范及标准［6］对测点布置的要求，取脱硝系统进口、出口两个测试截面，详见图1。各截面尺寸、测孔数量、测试内容详见表2。

图1 性能测试测截面布置

表2 测试截面参数及测试项目

3 测试试验内容

性能考核试验首先评价烟气流量、温度、烟尘浓度等参数是否符合设计值，并对在线监测表计测量值与现场实测值进行比对，然后进行性能保证值测试试验，当运行工况偏离设计工况时，用修正曲线对试验结果进行修正［7］。

性能考核期间各主要性能参数(本文烟气量均为标准状态值)为:机组负荷1005.9MW，烟气量3265439m3/h，SCR 进口烟温 375.24℃，SCR 进口O2为3.06%，进口 NOx浓度为 290.9mg/m3;SCR出口O2为3.73%，出口NOx浓度为143.58mg/m3;脱硝效率50.59%。

3.1 在线表计的标定

在燃用设计煤种，100%负荷工况条件下，采用计量校验合格的仪器对各在线表计参数进行测量，与操作员站显示值进行比对，对于显示值有偏差的数值予以修正［6］。

试验中所用主要测量仪器有:NGA2000型烟气分析仪，精度±1%，测量脱硝系统进、出口NOx浓度脱硫系统进、出口O2浓度、脱硫系统进、出口SO2浓度。TH－880型微电脑烟尘平行采样仪，精度±2.5%，测量脱硝系统进、出口SO3浓度，脱硫入口烟尘浓度、NH3浓度，脱硫系统进、出口烟气流速压力。XMX－1310型工业热电偶、精度Ⅱ级，测量脱硫系统进、出口烟温。

3.2 脱硝效率

为了计算统计时段内的NOx平均脱除效率，对SCR进、出口NOx浓度统计均值进行修正，计算公式如下［8］:

式中:C1、C2分别为折算到标准状态、干基、过量空气系数为1.4条件下的SCR系统进、出口NOx浓度，mg/m3;统计时段为5天。

利用统计时段内的氨氮摩尔比0.5084、锅炉烟气流量3265439m3/h及SCR进口烟温375.24℃，根据性能修正曲线，将式中脱硝效率50.59%修正到设计工况时的52.33%。

3.3 系统压降

在机组满负荷运行工况下，同时测量SCR进、出口处的全压，按如下公式［4］计算系统压损:

式中:P1、P2分别为SCR进、出口测量断面处的烟气全压测量值，Pa;ρ1、ρ2分别为 SCR 进、出口处实际工况下的烟气密度，kg/m3;H1、H2分别为烟道测孔的水平标高，m。

脱硝系统压损测试时间段内，脱硝系统进口烟气量为3361761m3/h(O2为3.19%)，根据性能修正曲线，将实测得系统压损233Pa修正到设计工况条件下的209Pa。

3.4 氨逃逸量

氨逃逸量采样流程见图2。脱硝出口测试截面，使用加热枪和平行采样仪，采样管加热温度为120℃，把含NH3的烟气从出口烟道中抽出，然后烟气通过装有0.2mol/L H2SO4溶液的冲击式吸收瓶，将烟气中的NH3吸收，样气通过干燥剂硅胶干燥后，用流量计计量采气量。采样结束后，用去离子水洗刷吸收瓶和采样连接管路获得样品。最后用离子色谱法测定样品中的NH4+离子，从而计算出NH3浓度。NH3浓度按过量空气系数为1.4条件折算后的浓度值为 0.442mg/m3，小于 2.28mg/m3的性能保证值。

图2 NH3采样装置示意

3.5 SO2/SO3转化率

SO3采样流程见图3。脱硝进、出口测试截面，使用加热采样枪把包含SO2、SO3的烟气从烟道中抽出，采样管温度120℃，通过放置在80～90℃水浴锅中的螺旋管将烟气中SO3冷凝下来，同时保证烟气中的SO2不在螺旋管中冷凝。对样气进行干燥后用流量计计量采气量，用热电偶测量烟气温度。采样结束后使用去离子水洗刷螺旋管获得样品。采用离子色谱法测定样品中的硫酸根离子，计算出SO3浓度，最后依据下列公式计算出SO2/SO3转换率:

式中:α 为 SO2/SO3转化率;SO3，in、SO3，out分别为折算到标准状态、干基、过量空气系数为1.4条件下的脱硝系统进、出口的SO3浓度，SO2，in为折算到标准状态、干基、过量空气系数为1.4条件下的脱硝系统出口的SO2浓度，mg/m3。

图3 SO3采样装置示意

3.6 氨耗量

SCR脱硝系统供氨管路装配电磁流量计，测量值为瞬时氨体积流量。测得统计时段内的瞬时氨体积流量的均值为187.57m3/h，质量流量(氨气密度为0.760g/L)为142.56kg/h，统计时段的 SCR 进口NOx浓度为290.90mg/m3，依据修正曲线，修正设计工况的氨耗量为206.98kg/h。

3.7 电耗

SCR脱硝系统用电负荷少，在统计阶段内，机组平均负荷为1005.81MW的条件下，SCR脱硝系统的平均电耗为55.99kW。

3.8 噪声

采用Quest 2800积分式精密声级计对SCR脱硝设备噪声进行测试，稀释风机、吹灰器噪声均在距机壳1m处测量。

噪声源测点布置在设备周围1m处测试若干个点，IA为平均 A 声级，由下式［9］计算:(IAi为第 i测量点的A声级)。

性能考核试验测得风机A噪声88.7dB(A)，稀释风机B噪声值88.6dB(A)，噪声超标。其他设备处噪声都在85dB(A)以下。

4 测试试验结果

国华浙能发电公司5号机组SCR脱硝性能测试试验结果如表3所示。

SCR脱硝性能测试试验中，烟气流量、温度和烟尘含量测试结果符合设计要求。性能保证值试验中的脱硝效率、脱硝系统总压损、氨逃逸量、SO2/SO3转化率、氨耗量和电耗都达到性能保证值。

表3 SCR脱硝性能测试结果

5 结语

脱硝系统性能测试试验的目的是验证装置各性能指标是否符合性能保证值，为环保验收提供依据。脱硝系统的性能测试，尤其是1000MW超超临界机组，对于采样位置、数值统计、修正曲线、噪声值的修正和氨逃逸量的测量及评价应多加注意:

(1)采样位置。采样所选截面在脱硝装置进出口区域，具有温度高、烟尘浓度高、截面大、污染物浓度及速度分布不均匀等特点［8，10］。针对上述特点，应特别注意安全，避免高温烫伤及烟尘损伤测试仪器。测量烟气中易溶于水的物质时，取样时要对采样装置进行伴热，防止烟气冷凝吸收对测量结果的影响。针对测量截面面积大、浓度及速度分布不均的特点，需要采取网格法取样测量的方法，使测量值尽可能的代表整个截面的数值。

(2)数值统计。普通脱硝系统性能测试期间，每隔10～15min记录一次数据，然而实践中可以看出这种瞬时值的记录具有相对不平均、随机性较强等缺点，为切实反映统计期间的数据，试验中采取使用DCS的历史记录报表，每分钟记录一个数据点，再计算统计时间段内的均值的方法，来抵消记录时间过长导致的结果平均性不好对统计结果的影响，使统计结果更能反映统计时段内的平均值。

(3)修正曲线。由于每个SCR脱硝系统都有一个设计工况点，而实际的性能测试试验期间不可能完全与设计工况重叠，或多或少偏离，这就需要一组修正曲线来拟合实际工况与设计工况值，便于评价其性能是否符合性能保证值。性能曲线一个是类别的问题，组数越多，设计的参数越多，修正时考虑的条件的越完全，也越能反映修正的精确度;另一个是一组特定曲线的可操作性问题，部分修正曲线简单，可操作性差，如果遇到此类情况需要设计单位按要求［7］提供可操作性较强、能够利用各个相关参数通过差值或线性回归等方法得出修正值的修正曲线，从而相对精准的折算出修正值。

(4)噪声测量值修正。根据相关标准的规定［9］，当测量值与环境背景值相差在3～10dB(A)时需要对测量值加以修正。大多数脱硝系统各个设备的噪声测量，设备布置相对紧凑，测量值与背景值很接近，按标准中的规定将测量值减去相应数值对测量结果加以修正。

(5)氨逃逸量。对于氨逃逸的测量，由于氨属于易溶于水的物质，因此在采样时应对采样装置进行伴热，并保证采样后至吸收瓶的连接管尽量的短，防止在这部分管路中发生的冷凝吸收。脱硝进口流速及NOx浓度分布不均匀，截面上对应的各个分区喷氨量也不尽相同，导致测试截面上各个位置的氨逃逸量不均匀。对氨逃逸量的测量应采取网格法，即在测试截面取若干个有代表性的测点进行测量，得出截面的平均氨逃逸量。

［1］黄诗坚.NOx的危害及其排放控制［J］.电力环境保护，2004，20(1):24－25.

［2］王文选，肖志均，夏怀祥.火电厂脱硝技术综述［J］.电力设备，2006，(8):1 －5.

［3］陈海林，宋新南，江海斌，等.SCR脱硝性能影响因素及维护［J］.山东建筑大学学报，2008，23(2):145 －149.

［4］王智，贾莹光，祁宁.燃煤电站锅炉及SCR脱硝中SO3的生成及危害［J］.东北电力技术，2005，26(9):1 －3.

［5］马新立.超超临界锅炉SCR脱硝工艺及其调试［J］.电力环境保护，2009，25(4):16 －18.

［6］GB/T 16157－1996，固体污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法［S］.

［7］HJ 562－2010，火电厂烟气脱硝工程技术规范选择性催化还原法［S］.

［8］GB/T 21509－2008，燃煤烟气脱硝技术设备［S］.

［9］GB 12348－2008，工业企业厂界环境噪声排放标准［S］.

［10］郭斌，廖永进，温智勇.SCR烟气脱硝系统性能试验中几个问题的探讨［J］.锅炉技术，2009，40(1):73－76.

Performance testing experiments of
SCR denitrification system in 1000 MW ultra－supercritical generating units

随着火电建设步伐的加快，单机容量1000MW超超临界机组越来越多，其脱硝装置的正常投用对我国空气环境质量的提升有着重要意义，脱硝性能测试试验倍受关注。以浙江国华浙能发电有限公司1000MW燃煤机组脱硝装置性能测试试验为例，对脱硝系统性能测试进行了试验研究。结果表明，除部分设备噪声超标外，其余指标均符合设计要求。对试验过程中应注意的问题进行了说明。

SCR;脱硝装置;性能测试

With the acceleration of domestic thermal power construction，the unit capacity 1000MW ultra －supercritical generating units are increased continuously.The healthy operation of denitration system plays an important role in the promotion of our air environment quality.The performance testing of the system is also paid more attention.Take the SCR denitration system in 1000MW ultra － supercritical generating unit of Zhejiang Guohua Zheneng Power Generation Co.Ltd for example，the experiments are introduced in detail.The results show that all the performance indices are up to the standard except for certain equipment noise，and the necessary analyses and estimate are expatiated.The matters of concern are especially explained.

SCR;denitrification system;performance testing

X701.7

B

1674－8069(2011)02－042－04

2010-09-25;

2011-02-16

张 岩(1980-)，男，工程师，主要从事发电厂脱硫、脱硝、电除尘器、粉尘、噪声的治理研究及电网电磁辐射防护研究。E－ mail:zhangyanzju@163.com